复卷机直流传动电气控制系统的

·复卷机·

复卷机直流传动电气控制系统的

故障分析和解决办法

李天利

(陕西科技大学, 陕西西安， 710021)

摘要：针对由可编程序控制器、直流装置、通信总线组成的复卷机电气控制系统,从控制系统的原理出发分析了每个部分常见故障的现象、可能原因以及排除故障的方法。实践表明，只要有效掌握各种电气故障的现象、原因和排除方法，就能快速有效地排除故障，使复卷机恢复正常生产。

关键词：复卷机；故障分析；解决办法

作者简介：李天利先生，副教授；主要研究方向：电力电子技术及其应用。

中图分类号：TS755.9

文献标识码：A

文章编号：0254- 508X(2015)06- 0041- 04

收稿日期：2015- 02- 12(修改稿)

Abstract：Aiming at the rewinder electric control system consisting of programmable logic controller, DC device and communication bus, the common faults of each section, the possible causes and their troubleshooting methods were analyzed based on the principle of electric control system. It was proved that as long as the various common faults and their possible causes were effective by mastered, the faulted rewinder could be quickly repaired and recovered its normal operation.

The Fault Analysis and Its Solution of Control System of the Rewinder Driving by Direct Current

LI Tian-li

(ShaanxiUniversityofScience&Technology,Xi′an,ShaanxiProvince, 710021)

(E-mail: litianli@sust.edu.cn)

Key words：rewinder; fault analysis; solution

国产复卷机的电气控制大多由PLC(可编程序控制器)、直流装置、通信总线组成。这些设备出现故障时,都会造成复卷机故障而影响正常生产。但是这些设备故障的现象表现不一、原因复杂多样,情况不尽相同,因此解决的方法应从实际出发,具体问题具体分析。

1PLC故障分析和解决办法

1.1输出不工作

当被控制的设备发生了故障(如电磁阀损坏等)、接线错误或松动、输出过载等都可能使PLC的输出不能正常工作，如当抱闸电机出现异常或损坏,虽然PLC正常但也不能正常抱闸。这类故障可分段排除：先检查PLC的输出是否符合要求、再查对应的控制设备是否正常。

1.2系统故障指示灯亮

当PLC受到干扰、用户程序错误或PLC本身的元件损坏都可能使PLC的系统故障指示灯发亮。若属于用户程序错误和PLC本身的元件损坏可依据PLC的故障代码排除,但干扰是常见的也是较为麻烦的一个问题，现对其进行分析，以供参考。

1.3干扰现象和解决办法

1.3.1干扰导致的问题

干扰会影响PLC,导致PLC系统故障、数据采集或运算出现错误，使送给传动点的控制值出现误差,所以可能出现：①PLC故障指示灯亮；②个别传动停机；③速度不稳。

1.3.2干扰可能的原因

干扰大多来自以下3个方面：①电磁干扰，由复卷机附近的电力设备、雷电、无线电视广播、雷达等产生，它们对PLC内部产生的辐射造成干扰；②PLC输入输出电缆产生的干扰，这种干扰会引起PLC输入输出接口工作异常导致动作,严重时引起PLC内部元件损伤；③系统布线、接地不规范的干扰，复卷机控制系统的屏蔽接地、交流接地和保护接地等混乱，或电力电缆、控制电缆、信号电缆交叉布线时会对系统产生较大的干扰,引起环流,从而影响系统的正常工作。

1.3.3干扰解决的方法

针对可能产生干扰的原因，可采取以下措施解决：①复卷机电机电缆、控制电缆、模拟量信号电缆、数字信号电缆等要各自独立桥架布线,并且要尽量缩短布线距离，以减小连线的分布电容和对地的杂散电容的充放电对设备造成伤害；②PLC柜应有独立的接地线,接地电阻小于l Ω；③控制柜的强弱电要隔离；④在电源和PLC之间的电源线上采用隔离变压器以减少来自电源的传导干扰,这样可以将大部分的传导干扰隔离在隔离变压器之前；⑤对快速信号要配置输入滤波器。

2直流装置常见故障和解决办法

2.1参数设置类故障

ABB、西门子和欧陆等公司的直流装置产品是复卷机中常采用的,这些调速器原理基本相同,下面以ABB的DCS550为例加以说明,其余装置方法类似。DCS550出厂时,厂家对每一个参数都有一个默认值,这种情况下,装置能以面板操作方式运行,在修改装置参数时应从以下几个方面考虑：

(1)确认启动数据。在99组参数中设定电机的额定直流电压、直流电流、额定转速等,这些参数可以从电机铭牌中直接得到。

(2)启动方式。在10组参数中选择面板、外部端子、通信方式等几种,用户可以根据实际情况选择。

(3)速度给定方式。在11组参数中选择面板给定、外部给定、通信给定。

正确设置以上基本参数后,DCS550可以正常运行,如要获得更好的控制效果则要根据实际情况修改相关参数。

如果发生了参数设置类故障后,DCS550就不能正常运行,这时最好是能够把所有参数恢复到出厂值,然后按上述步骤参照DCS550使用说明重新设置。

2.2过压类故障

直流装置都有一个正常的工作电压范围,当电压超过这个范围时很可能损坏,常见的过电压有两类：

(1)输入交流电源过压。输入交流电源的电压超过正常变化范围,对DSC550来讲若实际电压大于正常电压的1.3倍且超过10 s会造成装置过压故障。这种情况大多发生在节假日时线路负载较轻,电压升高或者线路出现故障。解决方法是断开直流装置的电源,对线路进行检查,找出故障原因并修复后重新运行。

(2)电机电枢过电压。这种情况有以下几种可能：①复卷机的退纸辊直流装置正常工作时处于制动发电状态,当故障停机时由于惯性大容易造成过电压，这是电动机的实际转速比同步转速高,使电动机处于发电状态引起的，解决这类故障的方法是：直流复卷机装置要采用四象限同时延长变频器直流装置的加减速时间；②电动机的励磁电流过高，解决方法是检查电动机励磁,尤其是在弱磁阶段要格外注意；③速度反馈开环，没有实际速度的比较会使速度控制失控电枢电压过压，解决方法是检查编码器。

2.3其他故障

(1)负载过重。所选电机不能拖动该负载,也可能是由于机械原因引起。如属前者则必须更换大功率的电机和直流装置,如属后者则要对生产机械进行检修。

(2)过流故障。可能是直流装置的输出短路所引起。这时要对线路进行检查,如果断开负载直流装置后还是过流故障,说明直流装置电路已损坏,需要更换直流装置。

(3)欠压故障。说明电源输入电路有问题,可能是线路严重超载,或者是线路接触不良所引起的。

(4)直流装置自身发生故障,受高温、潮湿等恶劣环境影响引起绝缘降低或击穿的突发现象；直流装置自身元器件老化等导致复卷机车速不稳[1]。

需要说明的是,一旦发现直流装置已损坏(可以通过测量输入及输出端有无短路),则要有专门的技术人员来维修,一般技术人员不要私自拆卸直流装置,不得再次通电,以免扩大故障范围。

2.4直流装置的日常维护

直流装置是以半导体器件为中心构成的电力电子设备,温度、湿度、尘埃、振动等都将影响到产品的老化及寿命。为了防止因此而造成的事故,必须进行日常维护及定期检查。

2.4.1维护检查时应注意的事项

(1)操作者必须明确电源是在接通或断开的状态,严防触电。

(2)电源切断后的一段时间内,电容器上仍保持有所充电的高电压,检查时必须等到电路板上的充电指示灯熄灭后,并测量电压降到15V(DC)以下时才可进行。

(3)操作者必须事先仔细阅读直流装置使用手册,了解装置结构,牢记注意事项。

2.4.2日常检查

(1)装置内有无元器件过热、变色及异常气味。

(2)装置内有无异常声响。

(3)装置显示数值有无异常变化。

(4)装置内尘埃应及时清除。

(5)装置的冷却风扇是否正常运转。

2.4.3定期检查

(1)清除柜内及过滤器上的尘埃。

(2)检查紧固件是否有松动。

(3)检查接触器、继电器触电接触是否良好。

3通信故障和解决办法

(1)终端电阻故障,即电阻烧毁或者阻值改变无法匹配。终端电阻是为了消除在通信电缆中的信号反射而设置的。在通信过程中，有两种情况导致信号反射：阻抗不连续和阻抗不匹配。阻抗不连续是信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有,信号在这个地方就会引起反射。消除的方法是在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗大小相近的终端电阻,使电缆的阻抗连续。若终端电阻与现有电缆阻抗不匹配也会造成信号反射,导致传输信号混乱,消除的方法也是在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗大小相近的终端电阻[2]。

(2)通信电缆与其他电力电缆或控制电缆等混合敷设造成干扰影响通信网络正常工作,可参照1.3。

(3)通信参数的设置错误。包括通信速率、站号、通信方式等参数要设置正确,否则会引起全部设备或部分设备或个别设备通信故障。

4控制方面的问题及解决办法

4.1纸幅张力不稳

纸幅张力在复卷机复卷过程中变化较大,如果张力没有被控制好造成不稳,张力过高会使成品纸卷的残余应力过大,造成爆卷或断纸,张力过低会造成成品纸卷打皱[3]。

张力控制一般有3种方法：直接张力控制、间接张力控制和复合张力控制。直接张力控制是利用张力传感器检测出纸幅实际张力与给定张力去比较进行控制,这种方法控制简单而且灵敏度高,但也有信号滞后、易受干扰和价格昂贵等缺点；间接张力控制是通过确定恒张力过程中的各种变量的联系进行控制,这种方法达不到直接张力控制的精度但可以克服直接张力控制的缺点；复合张力控制综合了直接张力和间接张力控制的优点：张力传感器的监测对系统进行张力调节,扰动量如转动惯量等因素由间接张力去补偿,在保证系统稳定运行的情况下提高控制精度。用户可根据自己的要求选择对应的方法。张力控制的具体实现已有较多的文献对其进行了详细描述,这里就不再赘述。

4.2断纸

从电气控制角度看造成断纸的原因一般有：①张力不稳，这问题4.1已描述；②加减速过程没有控制好，复卷机的加减速较为频繁,可采用五段S曲线或三段S曲线再结合退纸辊传动电机的电流、转速、张力三闭环控制,速度调节器处于饱和状态,张力调节器输出与速度环输出进行大小值比较后,选取其中之一作为电流给定值,退纸辊的控制并不刻意去控制它的转速,只要张力满足即可[4]。

5电机故障及解决办法[5]

5.1电机不转

(1)检查电源是否正常。

(2)检查直流装置是否有故障报警,若有按照说明排除故障。

(3)电机本身故障,如电机故障，维修或更换电机。

(4)直流装置故障,可参照本文中的第2部分解决。

5.2电机过热

(1)负荷过重，检查机械设备有无故障。

(2)直流装置故障，可参照本文中的第2部分解决。

(3)电机故障，如电机故障，维修或更换电机。

5.3电机运行不平稳

(1)机械设备故障,断开与机械设备之间的联轴器,启动电机,若电机正常运转则是来自机械设备的干扰。

(2)直流装置故障,可参照本文中的第2部分解决。

(3)电机编码器故障,应检查编码器的联接器,若联接器正常则应该是编码器本身损坏。

5.4电机维护

(1) 察看电机有无异常声响。

(2)察看电机有无异常振动。

(3)察看电机有无异常气味。

(4)察看电机有无异常温度升高。

6应用案例

6.1通信干扰问题及解决办法

(1)设备情况：江苏某厂幅宽2400 mm, 车速600 m/min下引纸复卷机改造。改造后直流装置采用的是：前后底辊西门子6RA7075-6DV62(210A)、退纸辊6RA7081-6DV62(400A)、圆刀ACS550-01-015A-4(7.5 kW),CPU采用西门子的CPU313C-2DP,通信采用PROFIBUS-DP。

(2)故障现象：系统改造完成后,通信不正常,3台直流装置与CPU正常交换数据不稳定，时而中断。

(3)原因分析：经检查PROFIBUS-DP网络组态、硬件等都符合要求，发现是厂家将保护接地与电源中性点地接在一起引起干扰。

(4)解决办法：将保护接地单独按照规范要求独立接地,故障排除。

(5)结论：规范接地是抑制干扰的措施之一,只有良好的接地才能减少电磁干扰对控制系统的影响。

6.2电机问题及解决办法

(1)设备情况：山东某厂幅宽3150 mm,车速1200 m/min下引纸复卷机,直流装置采用的是：前后底辊ABBDCS550-S02-0200(200A)、退纸辊DCS550-S02-0350(350A)、导纸辊DCS550-S02-0050(50A)、圆刀ACS550-01-015A-4(7.5 kW)、压纸辊ACS800-04-0030-3(22 kW),CPU采用西门子的CPU313C-2DP,通信采用PROFIBUS-DP。

(2)故障现象：系统在试运行过程中,压纸辊电机(22 kW)工作二十多个小时后烧毁。

(3)原因分析：经检查电网电压正常,发现是电机线圈绝缘击穿造成相间短路,导致电机烧毁。初步怀疑是电机质量问题,随后更换了一台同型号电机后,又出现了相同的故障。检查电机对应设备发现变频器控制柜到电机的桥架距离约60 m,但在敷设电缆时安装公司将最后剩余的约95 m电缆全部用上,分析原因可能是电缆长度的增加导致电缆对地杂散电容增加,这就出现一个充电效应,导致电机端电压升高,从而烧毁电机。

(4)解决办法：将多余的电缆去掉后,电机运行正常,故障排除。

(5)结论：连线的分布电容和对地的杂散电容的充放电会对设备造成伤害,复卷机控制系统中应尽量避免此类问题出现。

7结语

复卷机电气传动控制系统的性能是决定一台复卷机能否高效、高质量进行生产的前提,为保证其连续高效率、高质量进行生产,传动系统的维护尤为重要。以上分析了复卷机传动系统维护中的几类常见故障,并给出了分析及解决办法,有利于快速修复故障设备恢复复卷机的正常运行。但是机械、电气是紧密相连的,大多故障现象可以利用以上的方法直接判断并修复,而有些故障很难确认故障源在电气方面还是在机械方面或工艺方面,这就要求电气维修人员不但要熟悉电气系统也要具备机械和工艺知识,才能对遇到的问题综合分析,反复试验,从而找到解决问题的最佳途径。

参考文献

[1]PEGN Di-hui. Faults Analysis and Maintenance of Electric Drive System of Paper Machine[J].China Pulp & Paper, 2012, 31(3): 39.

彭迪辉. 纸机电气传动系统的故障检修分析[J]. 中国造纸, 2012, 31(3): 39.

[2]Li Xin. The Faults Analysis and Solution of the Profibus-DP[C]. The 2012 China (tangshan) green steel peak BBS.

李欣. 对Profibus—DP通讯故障的分析及解决方法[C]. 2012中国(唐山)绿色钢铁高峰论坛.

[3]Li Tian-li. Indirect Tension Control in Rewinder Drove by Alternating Current[J].Paper & Paper Making, 2014, 33(3): 22.

李天利. 交流复卷机的间接张力控制[J]. 纸和造纸, 2014, 33(3): 22.

[4]LI Tian-li, ZHOU Ming-lao. Influence of the Process of Speed Increasing/Decreasing of Rewinder on the Rewinding Quality[J].China Pulp & Paper, 2012, 31(9): 41.

李天利, 周明劳. 复卷机的升降速过程对复卷质量的影响[J]. 中国造纸, 2012, 31(9): 41.

[5]Meng Yan-jing. The Frequency drive Principle and Design of Paper Machine[M]. Xi′an Shaanxi People’s Publishing Gouse, 2002.

(责任编辑：董凤霞)

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